7.3. Классификация дисперсных наполнителей

Единой и четкой классификации порошкообразных наполнителей не существует.

Наиболее часто применяются следующие разделения наполнителей:

- по происхождению:

1) природные или минеральные;

2) искусственные;

- по химическому составу (в большинстве случаев он определяет возможность использования наполнителя):

1) оксиды (например, оксид алюминия Al₂O₃ или корунд, глинозем; гидроксид алюминия Al(OH)₃ или гиббсит);

2) соли (например, карбонат кальция СаСО₃ или кальцит, известняк, мел, мрамор, арагонит; CaMg(CO₃)₂ или доломит; сульфат кальция CaSO₄ или ангидрид; дигидрат сульфата кальция CaSO₄•2H₂O или гипс, белая земля);

3) силикаты (например, волластонит, каолин);

4) отдельные элементы (например, различные металлы, графит);

5) органические наполнители (например, каменный уголь или антрацит; древесная мука; лигнин).

Следует отметить, что химический состав поверхности многих наполнителей отличается от состава их объема. Так химический состав диоксида кремния выражается формулой ≡Si – O – Si ≡. Однако, в среднем на каждые 100 Å поверхности приходятся 3 Si – OH группы.

Технический углерод (сажа) состоит на 95÷99 % из углерода. Но его поверхность далеко не чистый углерод. На поверхности технического углерода находится очень много гидроксильных, карбоксильных, хиноидных и др. кислородсодержащих групп, кроме того, там имеется связанный водород. Наличие полярных групп на поверхности неполярных наполнителей существенно повышает адгезию частиц наполнителя к полярным полимерам.

Состав поверхности частиц наполнителя можно определить различными прямыми (ИК- и УФ-спектроскопия, рентгеновский анализ, пиролиз, титрование водной дисперсии) и косвенными (рН-метрия) методами.

7.4 Общая характеристика процесса смешения

Из определения следует, что композиционный материал представляет собой дисперсионную среду, в которой распределена дисперсная фаза. Для достижения равномерного распределения частиц дисперсной фазы в полимерной матрице, как правило, прибегают к процессу смешения. Поэтому понимание закономерностей этого процесса очень важно при создании композиционных материалов.

Смешение – это механический процесс распределения исходных компонентов по всему объему системы. Со статистической точки зрения смешение – это механический процесс, целью которого является превращение исходно системы, характеризующейся определенным упорядочением в расположении компонентов, в систему с неупорядоченным, статистически случайным распределением.

При смешении на смесь действует напряжение сдвига, которое вызывает в системе сдвиговые деформации и перемещение частиц относительно друг друга. Направление сдвиговой деформации в процессе смешения изменяется, в результате происходит распределение частиц дисперсной фазы по объему.

Идеальной называется смесь, в любой точке которой вероятность присутствия каждого компонента остается постоянной. Однако из-за большого числа факторов, действующих при смешении, идеального смешения в гетерогенной системе достигнуть нельзя.

Различают простое и диспергирующее смешение. В процессе простого смешения размер частиц дисперсной фазы не изменяется, а происходит только распределение этих частиц по объему материала. При диспергирующем смешении дополнительно идет уменьшение размера частиц дисперсной фазы (диспергирование).